利用管井回灌水量集中、流速较大。但易于阻塞井管和含水层,常需要配备专门的水处理设备。将回灌水送至每口井,又需要安装输配水系统。为了提高回灌效率,有时还需水泵加压。因此注水回灌费用高,设备较复杂。但是注水回灌又有占地少、效率高、可直接回灌深部承压含水层的优点。
井内灌注补给可分为自由注入式和加压注入式(真空回灌、压力回灌),应根据含水层的岩性特征、渗透系数、地下水位、井的结构及设备条件来选择具体方法。
(1)自流回灌
自流回灌是将回灌水导入回灌井中,使回灌井中的水位与地下水水位间始终保持一个水头差,形成水力坡度,以促使渗流不断补给地下水。但含水层必须保证水路通畅,具有一定透水能力。这种方法投资小,但效率也低。
(2)真空回灌
真空回灌也叫负压回灌,适用于地下水位埋藏较深(静水位埋藏深度大于10m)、含水层渗透性能较好的地区,对回灌量不大的深井也可适用。其特点是不易损坏滤网,回灌量较低。
(3)压力回灌
该方法适用于地下水位埋深小、渗透性较差的含水层,其管路安装是在真空回灌的基础上,再把井管密封起来,使水不能从井口溢出。也可直接连接自来水管网,并用机械动力设备加压,以增加回灌的水头压力,使回灌水与静止水位间产生较大的水头差从而进行回灌。
当含水层的透水性比较稳定,各个回灌井的滤水管过水断面一定,管井结构相似时,回灌量便与压力成正比,但压力增加到一定数值时,回灌量就几乎再不增加了。压力过大还会导致井的损坏,因此回灌井的最佳压力必须根据含水层的特点及滤网强度来选择。
2.间接法--诱导补给法
诱导补给法是一种间接的人工补给地下水方法。在河流或其他地表水体(如渠道、池塘、湖泊等)附近凿井,抽取地下水,使地下水位降低,从而增大地表水和地下水之间的水头差,诱导地面水大量渗入。
地下水质的保护
人工回灌地水不仅能有效地贮存水资源,而且还能利用土壤的自净能力,对水中的某些有害物质进行有效的处理,达到水质改善的目的。正因如此近年来出现的废水人工回灌将可能达到污水处理和资源再利用的双重目的。需要指出的是,土壤的自净能力是有限和有条件的,受其环境容量的控制。土层的净化主要表现在吸附、微生物降解、地下水的稀释以及病原体的衰减等几个方面。回灌水中病原体的研究在近几年才有了一些新的突破,通常用大肠杆菌作为水中细菌污染指标的观点受到挑战。作为病原体的细菌、病毒、寄生虫在某些条件下有比大肠杆菌更强的耐消毒能力。通常在地下水人工回灌中,这些病原微生物会因过滤、吸附、死亡等原因随着在地下贮留的时间而逐渐减少,但也因具体环境而异。目前,为了杀死水中的病原体,欧洲要求回灌水回用之前,在地下至少贮留50d。对于雨水回灌,尚无具体的水质标准可寻。在废水的地下回灌和再利用方面,美国环保局1992年制定了一个关于具体处理措施和水质参数的标准。澳大利亚在美国标准的基础上于1995年制定的“国家水质管理战略”中有废水回用的基本条款,是一个更加完备的标准。就具体工程而言,在确定回灌水的水质控制指标时,应根据工程所在地地下水保护的标准和回灌水回用目的对水质的要求两方面来确定。
已经被污染的地下水该怎么办呢
在污染地下水的治理中,污染源的控制与根除对于治理效果是十分重要的。在此基础上,通过有效的异位或原位的物理、化学、生物方法去除地下水中的污染物质,达到地下水质净化与恢复的目的。考虑到异位治理技术与地面给水处理类似,在此不作详细的阐述。下面将就原位的物化技术,生物技术,抽出一处理技术,反应墙技术等给予简要论述。
物化技术
包括活性吸附法、臭氧分离法、泡沫分离法、电解法、沉淀法、中和法、氧化还原法等。这些方法不仅可以用于处理抽到地面来的被污染的地下水,也可用在含水层中对污染的地下水体进行净化,以降低地下水的污染程度。
潜水含水层常含有一些有机腐殖质,使地下水发出一些异味和臭味,从净化井中投入漂白粉,则可起到消毒、去味、除臭的作用。在铁、锰离子含量较高的含水层中,可以通过注入石灰水溶液,除去铁、锰。离子交换技术也可应用在地下水含水层的治理中,在硬度、碱度较高的地下水体中,由净化井内投入Na型交换剂可使水中硬度大大降低,若使用氢离子交换剂可使镁、钙、重碳酸根同时除去,从而达到硬水软化、脱碱的作用。也可将粒状活性炭投入净化井中,使某些有害物质被吸附掉。
氧化剂如高锰酸钾、二氧化氯(C10/2)和臭氧(0/3)广泛用于有机污染含水层的净化作用。利用表面活性剂,增加疏水性有机物的溶解度及生物可利用性,实现修复污染地下水的目的。利用含水层中的黏土,通过注入季铵盐阳离子表面活性剂,使其形成有机黏土矿物,吸附或固定有机污染物,防止地下水的进一步污染。在利用化学技术修复污染地下水和含水层的过程中,重要的是防止二次污染,尤其是技术实施之前的环境影响评价与分析是十分重要的。
生物净化技术
生物净化技术是在适宜的环境条件下,微生物通过降解有机污染物获得自身生长繁殖所必需的碳源和能源的同时,将有毒大分子有机物分解成为无毒的小分子物质,最终矿化成为C0/2和H/20。微生物治理技术因效果好、投资省、不产生二次污染、污染物净化彻底而受到人们的广泛关注。
生物净化技术现场实施的基本程序在于:在掌握地下水污染带的分布特征、污染物质的性质、污染程度和污染范围的基础上,针对要净化的污染物,可利用生物净化井人工注入专门培养、驯化的细菌;也可通过地下曝气和通入氧气提高污染带中的溶解氧含量,促进微生物的生长繁殖,强化生物活性,加快微生物对污染物的降解与转化。需要注意的是,在投放菌种之前,要确保掌握治理区的环境条件、地质和水文地质条件、地下水动态及水体的物理和化学性质,以利用微生物的有效性和可靠性。
生物技术是治理大面积污染的一种有价值的技术方法。生物治理技术的优势在于可用于处理烃类和一定有机物质,尤其是水溶性污染物和其他方法难以去除的污染物;由于不产生废物和污染物的完全降解,具环境友好性;利用土著微生物种落,不引入具有潜在危害的生物种群;迅速、安全和经济;对于有机污染地下水的短期治理尤为有效。其局限性在于重金属和某些有机物所抑制;细菌能够阻塞土壤,降低物质循环;营养物的加入可能影响附近地面水体的水质;残留物可能引起嗅、味问题;维修和人力要求可能很高,尤其是那些长期运行的治理系统;对于阻碍营养物正常循环的低渗透性含水层,系统难以正常工作;难以预测长期效应。由此,在确定应用生物技术治理污染地下水之前,对治理场地信息进行收集与深入分析,对有利或不利环境条件全面评价,采取有效措施克服不利因素,以确保治理技术的有效实施,治理系统的正常运行。
反应墙技术
反应墙是人工构筑的一座具有还原性的地下填充墙。在地下水治理中,垂直地下水流向设置反应墙。当地下水流通过反应墙时,反应墙与污染水流中的有机污染物发生化学与生物反应达到降解有机物的目的。在现场应用时,可采用墙体下游抽水或注入来控制地下水通过墙体的流速,使地下水中有机污染物通过墙体时反应充分,达到治理地下水的目的。另外,在原位反应墙法中,为了使地下水能优先通过反应墙,墙体的渗透性应大于周围地质体。
目前,反应墙的充填介质多为铁屑。考虑到施工的难度,多以治理埋深较浅,渗透性较好的受卤代烃污染的含水层中地下水为主。由于工程费用较高,世界上已建成的46座地下水污染治理的反应墙主要分布在美国、加拿大和欧洲等发达国家。
抽出--处理技术
从含水层直接抽出被污染的地下水,经过处理后排向地面水体或再补给地下水。这样长期的抽水过程可以促使被污染含水层水体的净化。该方法适用于大面积污染的含水层,投资相对较小,是目前世界各国广泛采用的行之有效的方法。
首先抽取被污染的地下水,经过地面处理,水中污染物的浓度降低到一定标准,重新注入含水层内,在条件许可情况下也可排放到附近的地表水体中。然而最简便和经济的方式,是将抽出的被污染地下水在适当地段用于农田灌溉。由于土壤是一个天然的过滤器,利用被污染的地下水进行灌溉,不仅可以使农业增产,还因土壤对污染物的吸附净化而达到最经济处理被污染地下水的目的。前提是充分评价土壤的自净能力、污染水体内有害物质浓度、灌溉方式和灌溉制度等,以防土壤污染和作物品质降低。
在采用抽出一处理技术治理污染地下水过程中,场地水文地质条件,地下水现状功能与利用状况,污染物性质参数、数据的解译,对于保证治理系统最大限度发挥效益是至关重要的。